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1、基于单片机的水塔智能水位控制系统设计 基于单片机的水塔智能水位控制系统设计 水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，水塔供水的主要问题是塔内水位应该始终保持在一定范围内，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质最。而智能控制系统的成本低，安装方便，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。 本论文介绍了一种由AT89C51单片机为主控元件的超声波水位测量系统。超声波水位测量仪应用超声回波原理技术，在硬件部分，超声波发射电路将由
2、AT89C51单片机控制的每隔固定周期的方波脉冲信号控制，以满足超声波发射探头的发射需要。超声波接收电路对接收的回波进行发大整形，送回单片机。系统以AT89C51单片机为设计核心，测量得到超声波的传播时间，计算出传播的距离，从而得到所要测量的水位距离,并通过LED显示出来。软件部分，设计了中断程序、显示程序、主程序等。使得程序部分适合硬件部分，使系统功能得以实现。 关键词超声波，AT89C51，水位测量 目录 1水塔水位自动控制系统概述 (4) 1.1综述 (4) 1.1.1 水塔水位自动控制系统 (4) 1.2水位测量的分类 (4) 1.2.1 按照原理分类 (4) 2 超声波水位检测原理
3、(6) 2.1超声波的水位检测介绍 (6) 2.1.1 超声波基本性质 (6) 2.1.2 超声波的特性 (6) 2.1.3 超声波的衰减 (7) 2.1.4 超声波的折射率 (7) 2.1.5 水位介质中的声速与温度的关系 (8) 2.2超声波水位检测探头 (9) 2.3超声波探头的压电效应 (9) 2.4超声波水位检测的理论分析 (10) 2.5超声波水位计的优缺点与可行性 (12) 2.6超声波水位检测的主要任务 (12) 3 超声波水位探测系统的硬件设计 (14) 3.1系统总体设计思想 (14) 3.2发射电路设计 (14) 3.2.1 发射电路工作原理 (15) 3.2.2 发射电
4、路的组成 (15) 3.3接收电路的设计 (17) 3.3.1 接收电路的工作原理 (18) 3.3.2 接收电路的组成 (18) 3.4显示模块 (20) 3.5独立式按键 (22) 4 超声波水位探测系统的软件设计 (23) 4.1软件设计思想 (23) 4.2中断程序 (23) 4.3显示程序 (24) 4.4主程序 (26) 4.5按键扫描 (29) 结论 (31) 附件 (32) 1水塔水位自动控制系统概述 1.1综述 近年来，随着自动控制技术和工业迅猛发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，水位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。 现代控制理论本质上是
5、时域法，是建立在状态空间基础上的，它不用传递函数，而是用状态向量方程作基本工具，从而大大简化了数学表达方式，因此原则上可以分析多输入多输出、非线形以及时变系统。 自动控制技术的应用，推动了控制理论的发展，而自动控制理论的发展，又指导了控制技术的应用，使其进一步完善。 1.1.1 水塔水位自动控制系统 水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质晕。 该系统采用分立元件电路实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成木、高实用价值的水塔水位控制器
6、。采用分立的电路实现超高、低水位处理，自动控制电机电路。 它能自动完成上水停水的全部工作循环，保证液面高度始终处于较理想的范围内，它结构简单，制造成木低，灵敏度高，节约能源显著，是用于各种高层水位储存的理想设备。 1.2水位测量的分类 1.2.1 按照原理分类 根据工作原理的不同水位计可分为如下几种： 1、直读水位计：是最原始但仍应用较多的一种水位测量仪表，其精度一般为2mm的人为误差。此种方法有测量简单、直观、成本低的优点，但测量量程有限，且不适于恶劣环境中的测量。 2、静压水位计：利用液柱对某定点产生压力，测量该定点压力或测量该点与另一参考点的压差而间接测量水位的仪表，水位压力的大小取决于
7、水位高度；这种方法主要应用于测量精度要求不高的场合。 3、电磁水位计：这种测量方式是将水位的变化转换为电量的变化，从而对水位进行间接测量，电磁水位计中电容由两块同心的圆柱面极板组成，电容式水位测量是根据电容 量与被测水位和气相介质的相对介电常数、电容传感器浸入水位的深度、电容传感器垂直高度、内外极板圆柱底面半径之间的关系，由已知的其他数值得出所测水位高度值。 4、浮子水位计：利用浮子的比重比所测水位的比重稍小的特点，使浮子漂在液面上并随液面的升高或下降来反映水位，将浮子用一条多孔钢带连接至一个恒转矩装置或平衡锤上，由浮子的重量带动多于L钢带通过齿轮装置推动机械计数器作现场显示，还可连接电动变送器，获得远距离显示。由于滑轮机械装置的摩擦力和铆带重量，测量误差一般约为士(4一10)mm。 5、超声波水位计：超声波水位仪是非接触测量中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气中的传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原理。可实现非接触测量、测量范围宽、并且测量不受介质密度、介电常数、导电性等的影响，因此它的适用范围非常广泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蚀性及有毒水位等的水位测量中。超声水位测量技术在越来越多的领域发挥其重要作用。